Đồ án môn học thiết kế cầu và cống

Đồ án môn học: Thiết kế Cầu cống Chương CÁC SỐ LIỆU BAN ĐẦU 1.1 Số liệu chung - Quy mô thiết kế: Dầm cầu BTCT nhịp giản đơn - Quy trình thiết kế: 22 TCN-272-05 - Tiết diện dầm chủ: chữ T - Hoạt tải thiết kế: HL-93 [3.6.1.2] Hoạt tải xe ôtô mặt cầu hay kết cấu phụ trợ đặt tên HL-93 gồm tổ hợp xe tải thiết kế xe trục thiết kế với tải trọng + Xe tải thiết kế (Truck) Hình 1.1: Đặc trưng xe tải thiết kế Xe tải thiết kế gồm trục với tải trọng cự ly trục hình 1.1 Sơ đồ cấu tạo: 35 kN 145 kN 4,3 m 145 kN 4,3-9,0 m Phương dọc cầu 1,8 m Phương ngang cầu Hình 1.2: Xe tải thiết kế (Truck) + Xe hai trục thiết kế (Tandem) Xe hai trục thiết kế gồm trục với tải trọng cự ly trục hình 1.3 Sơ đồ cấu tạo: 110 kN 110 kN 1,2 m Phương dọc cầu 1,8 m Phương ngang cầu Hình 1.3: Xe trục thiết kế (Tandem) + Tải trọng (Lane) Sinh viên: VŨ VĂN CẢNH…………………………………… Lớp: XDD 53DH1…… Đồ án môn học: Thiết kế Cầu cống Tải trọng thiết kế có giá trị 9,3 KN/m phân bố theo chiều dọc cầu, rộng m theo chiều ngang cầu Ứng lực tải trọng không xét đến lực xung kích Sơ đồ cấu tạo: 9,3 kN/m 3,0 m blàn = 3,75 m Hình 1.4: Tải trọng thiết kế (Lane) - Tải trọng người (People) [3.6.1.3] + Khi chiều rộng lề ≥ 0,6m xét đến tải trọng người Tải trọng người áp lực phân bố hết diện tích lề với trị số 300 kg/m2 = 3.10-3 MPa Chiều dài nhịp: Lnh = 20m Khổ cầu: B = 10,5m 1.2 Vật liệu chế tạo dầm - Bê tông dầm: + Cường độ chịu nén bê tông: f c′ = 35 Mpa + Trọng lượng riêng bê tông: γ = 24 KN/m3 - Cốt thép (chịu lực cấu tạo): + Cường độ chảy quy định nhỏ nhất: fy = 400 MPa Sinh viên: VŨ VĂN CẢNH…………………………………… Lớp: XDD 53DH1…… Đồ án môn học: Thiết kế Cầu cống Chương CHỌN SƠ BỘ KẾT CẤU NHỊP 2.1 Chọn chiều dài, khổ cầu, tải trọng thiết kế - Kết cấu nhịp giản đơn có chiều dài nhịp: Lnh = 20m - Khoảng cách từ đầu dầm đến tim gối: a = 0,3m - Chiều dài tính toán nhịp: L = Lnh – 2a =20-2.0,3=19,4m 2.2 Quy mô mặt cắt ngang cầu Các kích thước mặt cắt ngang cầu: Bề rộng phần xe chạy: Bxe = 7,5m Số thiết kế: nl = Bề rộng lề bộ: bđb = 1,5m - Bề rộng lan can: blc = 0,5 m - Bề rộng toàn cầu: W = Bxe + 2bđb + 2blc = 7,5+2.1,5+2.0,5 =11,5m 2.3 Thiết kế tiết diện dầm chủ - Mặt cắt: Dầm chủ dầm chữ T bê tông cốt thép thường - Chiều cao dầm chủ: Theo yêu cầu Tiêu chuẩn [Bảng 2.5.2.6.3-1]: hmin = 0,07L =0,07.19,4=1,358m Theo kinh nghiệm:  1  1  h ∈  ÷ ÷L =  ÷ ÷.19, =(1,94 ÷ 0,97)  10 20   10 20  Thông thường, chọn h chẵn đến cm Chọn h =1,45m - Dầm T liên kết với mối nối ướt, khối đúc sẵn đặt cách khoảng đủ để nối cốt thép đổ bê tông (ít 300mm) Bố trí bề rộng mối nối ướt 0,3mm Sinh viên: VŨ VĂN CẢNH…………………………………… Lớp: XDD 53DH1…… Đồ án môn học: Thiết kế Cầu cống - Số lượng dầm dọc MCN KCN n = W/S (cái) Nên chọn S để n nguyên S lẻ sau hai số thập phân (tính theo đơn vị m) Với tổng bề rộng cầu W =11,5m ……, ta chọn dầm chủ, với khoảng cách tim dầm chủ S =2,2m………… - Chiều dày mặt cầu chiều dày cánh: + Theo yêu cầu Tiêu chuẩn thiết kế cầu chiều dày nhỏ mặt cầu chưa kể mài mòn 175mm [9.7.1.1] + Chiều dày tối thiểu theo điều kiện chịu lực phụ thuộc vào nhịp S [Bảng 2.5.2.6.3-1]: hmin = 1, ( S + 3000 ) 30 Ta chọn chiều dày mặt cầu là: ts = 0,2m - Khoảng cách từ tim sườn dầm biên đến mép gần lan can de = 0,75m - Để tăng cường kháng cắt, sườn dầm mở rộng gối hình 2.3 Chiều dài đoạn mở rộng, theo kinh nghiệm, lấy Xmr = 1,5 m Chiều dài đoạn nối mở rộng Xn = 1,5 m 2.4 Kích thước mặt cắt ngang dầm chủ 2.4.1 Đặc trưng hình học mặt cắt ngang dầm Dầm chữ T với kích thước sau: Chiều cao dầm chủ: h = 1,45m - Kích thước bầu dầm: + Bề rộng bầu dầm: bb =0,6m + Chiều cao bầu dầm: hb = 0,2m + Bề rộng vút bầu dầm: bv1 = 0,2m + Chiều cao vút bầu dầm: hv1 = 0,15m - Kích thước sườn dầm: + Bề rộng sườn dầm: bw = 0,2m - Kích thước cánh: + Chiều dày cánh: ts = 0,2m + Bề rộng vút cánh: bv2 = 0,3m Sinh viên: VŨ VĂN CẢNH…………………………………… Lớp: XDD 53DH1…… Đồ án môn học: Thiết kế Cầu cống + Chiều cao vút cánh: hv2 = 0,1m - Bề rộng hữu hiệu cánh [4.6.2.6.1]: Để tính toán sức kháng kiểm toán khả chịu lực tiết diện dầm dọc cầu, phải xác định bề rộng mặt cầu BTCT tham gia làm việc với dầm dọc (bề rộng hữu hiệu hay có hiệu) Bề rộng hữu hiệu cánh dầm lấy trị số nhỏ của: + ¼ chiều dài nhịp tính toán = …………… 19,4 / =4,85m + 12 lần độ dày trung bình cộng với số lớn bề dày bụng dầm ½ bề rộng cánh dầm: 12ts + bw = 12.0,2+0,2………………… = 2,6m + Khoảng cách trung bình dầm kề nhau: S = 2,2m Vậy, ta lấy br =2,2m - Diện tích mặt cắt ngang dầm dầm: A0 = br ts + ( h − ts − hb ) bw + bv1hv1 + bv hv + bb hb = 2,2.0,2+(1,25-0,2-0,2).0,2+0,2.0,15+0,1.0,3+0,2.0,6 =0,79m - Diện tích mặt cắt ngang dầm đoạn có mở rộng: A′ = br ts + ( h − ts ) bb =2,2.0,2+(1,45-0,2).0,6 =1,19m - Quy đổi tiết diện dầm với bề rộng cánh có hiệu sang tiết diện tính toán: brqd tsqd bwqd hqd hbqd bbqd Sinh viên: VŨ VĂN CẢNH…………………………………… Lớp: XDD 53DH1…… Đồ án môn học: Thiết kế Cầu cống Hình 2.1: Quy đổi tiết diện nguyên giai đoạn khai thác sang tiết diện tính toán Bảng 2.1: Các đại lượng công thức quy đổi tiết diện nguyên dầm giai đoạn khai thác sang tiết diện tính toán Ký hiệu Chiều cao dầm: hqd = hq = 1,45m hqd Bề rộng cánh dầm: brqd = br = 2,2m brqd Bề dày sườn dầm: bwqd = bw = 0,2m bwqd Bề rộng bầu dầm: bbqd = bb = 0,2m bbqd Chiều dày cánh dầm: tsqd = ts + bv hv 0,3.0,1 = 0, + =0,215m br − bw 2, − 0, tsqd Chiều cao bầu dầm: hbqd = hb + bv1 hv1 0, 2.0,15 = 0, + =0,275m bb − bw 0, − 0, hbqd Chiều cao phần sườn dầm: hwqd = hqd – tsqd – hbqd = 1,45–0,215–0,275=0,96m hwqd Sinh viên: VŨ VĂN CẢNH…………………………………… Lớp: XDD 53DH1…… Hình 2.2: Mặt cắt ngang kết cấu nhịp Các đại lượng công thức quy đổi dầm Sinh viên: VŨ VĂN CẢNH…………………………………… Lớp: XDD 53DH1…… Hình 2.3: Mặt cắt dầm chủ MẶT CẮT NGANG ĐẦU DẦMMẶT CẮT NGANG GIỮA DẦM Đồ án môn học: Thiết kế Cầu cống Đồ án môn học: Thiết kế Cầu cống 2.4.2 Cấu tạo dầm ngang Đối với loại cầu dầm, kể giản đơn liên tục, hai đầu dầm thiết phải có dầm ngang để đảm bảo ổn định ngang tăng cường cho dải biên mặt cầu, đặt dầm ngang trung gian phải có nhịp, dầm lại phân bố với khoảng cách 3000-8000mm Các dầm ngang trung gian làm cho kết cấu làm việc không gian tốt hơn, phân bố tải trọng tốt Như vậy, ta bố trí dầm ngang vị trí gối mặt cắt: - Chiều dài dầm ngang (Ln) khoảng cách tính từ tim hai sườn dầm hai dầm dọc liền kề (Ln = S) - Chiều rộng dầm ngang bn = 0,2 – 0,4 m Chọn bn = 0,3m - Chiều cao dầm ngang hn (tính từ đáy mặt cầu BTCT): + Tại mặt cắt gối, thường chọn chiều cao dầm ngang chiều cao dầm chủ h trừ chiều dày mặt cầu ts, để vận chuyển, lắp đặt ổn định hn = h – ts =1,45-0,2=1,25m ………………………………………………………… = + Tại mặt cắt khác: Các dầm ngang trung gian chiều cao khoảng 2/3 chiều cao dầm chủ không tính chiều dày mặt cầu BTCT (ts) đủ để phân bố tải trọng =0,83m ( h − ts ) Chọn hn = 1m Sinh viên: VŨ VĂN CẢNH…………………………………… Lớp: XDD 53DH1…… Đồ án môn học: Thiết kế Cầu cống Chương XÁC ĐỊNH TĨNH TẢI 3.1 Tĩnh tải rải lên dầm chủ Tĩnh tải bao gồm: Tĩnh tải giai đoạn I tĩnh tải giai đoạn II - Tĩnh tải giai đoạn I: Trọng lượng thân dầm chủ, trọng lượng bê tông mặt cầu, trọng lượng hệ liên kết ngang cầu - Tĩnh tải giai đoạn II: Trọng lượng lớp phủ mặt cầu, trọng lượng lan can, gờ chắn (nếu có), trọng lượng lề người Trọng lượng phận tính cho 1m chiều dài dầm chủ, ta gọi tĩnh tải giai đoạn I giai đoạn II rải Tỷ trọng cho cấu kiện lấy theo bảng 3.5.1.1, giả thiết tính tĩnh tải phân bố cho dầm, riêng lan can dầm biên chịu 3.1.1 Tĩnh tải rải dầm chủ Diện tích tiết diện đầu dầm: A’ = 1,19m Diện tích tiết diện dầm: A0 = 0,79m - Trọng lượng thể tích bê tông dầm chủ: γc = 24 kN/m3 - Trọng lượng phần tiết diện đầu dầm (Đoạn có mở rộng): Sinh viên: VŨ VĂN CẢNH…………………………………… Lớp: XDD 53DH1…… 10 Đồ án môn học: Thiết kế Cầu cống DCdd = γ c A′2 X mr = 24.0,79.2.………………………………………………… = - Trọng lượng phần tiết diện dầm: DC gd = γ c A0 ( L − X mr − X n ) = = - Trọng lượng phần vuốt mở rộng: DCv = 2γ c A0 + A ' Xn = = Như vậy, trọng lượng rải dầm chủ: qdc = DCdd + DCgd + DCv L = = 3.1.2 Tĩnh tải rải dầm ngang Số hệ liên kết ngang theo phương ngang cầu: hệ 1Tĩnh tải giai đoạn I: Là tĩnh tải tác dụng lên kết cấu nhịp chưa hình thành kết cấu chịu lực hoàn chỉnh (Trọng lượng thân dầm chủ, trọng lượng hệ liên kết ngang cầu, trọng lượng hệ liên kết dọc cầu, trọng lượng bê tông mặt cầu Tĩnh tải giai đoạn II: Trọng lượng lớp phủ mặt cầu, chân lan can, lan can, gờ chắn bánh, thiết bị an toàn chiếu sáng cầu, … Đây tĩnh tải tác dụng lên kết cấu nhịp hình thành kết cấu chịu lực hoàn chỉnh L an = Khoảng cách hệ liên kết ngang: = Kích thước dầm ngang mặt cắt gối: bn = 0,3 m; hn = ……………………… Số dầm ngang gối: …… dầm ngang Kích thước dầm ngang mặt cắt khác: bn = 0,3 m; hn = ……………………… Số dầm ngang mặt cắt khác: …… dầm ngang - Trọng lượng dầm ngang mặt cắt gối: DCng = - Trọng lượng dầm ngang mặt cắt khác: DCngd = - Trọng lượng dầm ngang 1m dài dầm chủ: Sinh viên: VŨ VĂN CẢNH…………………………………… Lớp: XDD 53DH1…… 11 Đồ án môn học: Thiết kế Cầu cống = Tính ứng suất kéo bêtông: fc = Ma yt = Ig ……………………………………………………… = Ma: Mômen lớn cấu kiện giai đoạn tính biến dạng (lấy theo trạng thái giới hạn sử dụng) Ma = Cường độ chịu kéo uốn bêtông: f r = 0, 63 f c' = ………………………………………………… = → fc > 0,8 fr , mặt cắt coi bị nứt Xác định khả chịu kéo lớn cốt thép trạng thái giới hạn sử dụng   Z f sa =  ;0, f y 1/3  ( d c × A )  + dc: Chiều cao phần bêtông tính từ thớ chịu kéo tâm gần nhất, theo bố trí cốt thép dọc ta có dc = +A: Diện tích phần bêtông có trọng tâm với cốt thép chủ chịu kéo bao mặt cắt ngang đường thẳng song song với trục trung hoà, chia cho số lượng Để tìm A ta giả sử đường giới hạn miền A sườn dầm Trọng tâm miền A tính sau: yA = yA = d1 = Giải phương trình bậc hai ta tìm được: ξ = dt A Sinh viên: VŨ VĂN CẢNH…………………………………… Lớp: XDD 53DH1…… 42 Đồ án môn học: Thiết kế Cầu cống ξ yA Hình 7.3 Khi diện tích phần bê tông bọc cốt thép cần tìm là: dtA = …………………………………………………………… = Ta tìm được: A = dtA / = +Z : Thông số bề rộng vết nứt, ứng với môi trường làm việc bình thường, Z = 30000 N/mm Như ta có: Z 1/3 ( dc * A) = …………………………………………………… = Suy ra: 0,6fy = ………………………………………………… = Vậy: fsa = - Tính diện tích tương đương tiết diện bị nứt Es = 2×105 MPa = Ec = 0, 043 × γ c1,5 × f c' ……………………………………………… Tỷ lệ modul đàn hồi cốt thép bê tông: Es = …………………………………………………………… = Ec n= Chọn n = - Xác định vị trí trục trung hoà dựa vào phương trình momen tĩnh với trục trung hoà không: t  ( h − y) − n× A × y − d  S = t s × ( br − bw ) ×  h − y − s ÷+ bw × ( s 1) 2  = ……………………………………………………………………………………… = Giải được: y = - Tính ứng suất cốt thép: f s = n Ma ( y − d1 ) I cr Sinh viên: VŨ VĂN CẢNH…………………………………… Lớp: XDD 53DH1…… 43 Đồ án môn học: Thiết kế Cầu cống Ma: Mômen tính toán trạng thái giới hạn sử dụng (Ma =…………………………) - Tính mômen quán tính tiết diện nứt: I cr ( b − b ) t3 = r w s +t 12 t s  bw ( h − y )  + nAs ( y − d1 ) s ( br − bw )  h − y − ÷ + 2  = = Tính ứng suất cốt thép trạng thái sử dụng: Ma ( y − d1 ) = I cr = fs = n Ta có: fs = …………… < fs = …………… → Thoả mãn Chương TÍNH TOÁN KIỂM TOÁN BẢN MẶT CẦU Bản mặt cầu xem dải nằm vuông góc với dầm chủ Khi áp dụng phương pháp dải phải lấy momen dương cực trị nằm khu vực hai Sinh viên: VŨ VĂN CẢNH…………………………………… Lớp: XDD 53DH1…… 44 Đồ án môn học: Thiết kế Cầu cống dầm chủ để đặt tải cho tất vùng có momen dương Tương tự, phải lấy momen âm cực trị đỉnh dầm để đặt tải cho tất vùng có momen âm [4.6.2.1.1] Chú ý rằng, theo điều [3.6.1.3.3], dải ngang nhịp không vượt 4600 mm dải ngang phải thiết kế theo bánh xe trục 145000 N, không cần xét đến tải trọng 8.1 Tính nội lực hẫng 8.1.1 Diện tích tiếp xúc bánh xe [3.6.1.2.5] Diện tích tiếp xúc bánh xe lốp đơn kép giả định hình chữ nhật có chiều rộng 510 mm chiều dài tính mm theo công thức: Ltx = 2,28×10-3γh (1 + IM)P đó: + γh: Hệ số tải trọng + (1 + IM): Hệ số xung kích, lấy 1,25 + P: Tải trọng bánh xe; P = 72500 N thiết kế cho xe tải 55000 N cho xe trục Như vậy, chiều dài tiếp xúc vệt bánh xe: Ltx = 2,28×10-3×1,75×1,25×72500 = 361,594 (mm) 8.1.2 Tính nội lực hẫng dải rộng m theo phương dọc cầu (cùng chiều xe chạy): 8.1.2.1 Tác dụng hoạt tải: Xét tải trọng bánh xe tác dụng lên hẫng vị trí cách mép lan can 300 mm [3.6.1.3.1] + Phân bố tải trọng bánh xe: 500 mm 300 mm 72,5 kN ts 510 mm ts / 510 mm + ts Hình 8.1 Phân bố tải trọng bánh xe theo phương ngang cầu hẫng + Tải trọng bánh xe giả thiết truyền theo góc 45 từ mặt tiếp xúc đến chiều cao Như vậy, tính nội lực, tính tải trọng bánh xe tải trọng tập trung dải tải trọng phân bố ngang chiều dài nhịp 510 mm cộng chiều dày [4.6.2.1.6] hình 8.1 Sinh viên: VŨ VĂN CẢNH…………………………………… Lớp: XDD 53DH1…… 45 Đồ án môn học: Thiết kế Cầu cống + Chiều rộng làm việc hẫng tính mm [Bảng 4.6.2.1.3-1] là: SWhang = 1140 + 0,833X = …………………………………………… = với X khoảng cách từ tải trọng (trọng tâm bánh xe) đến tim dầm dọc biên (vị trí ngàm công sơn) X = de – 3,0 = + Tải trọng phân bố bánh xe: LL ' = SW hang P 72,5 = (0,51 + t s ) = + Tính cho m bề rộng nên: LL* = LL’×1 = 8.1.2.2 Tác dụng người bộ: Tải trọng người xem áp lực phân bố hết diện tích lề với trị số PL = KN/m2 Tính cho m bề rộng nên: PL* = PL×1 = 8.1.2.3 Tác dụng tĩnh tải: + Tĩnh tải cầu g1: g1 = γC ×ts ×1 = ……………………………………………………… = + Tĩnh tải lớp phủ mặt cầu g2: Chiều dày Trọng lượng riêng (γ) Lớp bê tông asphalt t1 = 0,05 m γ1 = 24 kN/m3 Lớp bê tông bảo vệ t2 = 0,03 m γ2 = 22 kN/m3 Lớp phòng nước t3 = 0,02 m γ3 = 18 kN/m3 Lớp mui luyện t4 = 0,03 m γ4 = 23 kN/m3 g = ∑ γ i ti ×1 = 0, 05 × 24 × + 0, 03 × 22 ×1 + 0, 02 × 18 × + 0, 03 × 23 ×1 = 2,91kN / m + Tải trọng lan can Plc = qlc×1 = 5,6×1 = 5,6 (kN) Sinh viên: VŨ VĂN CẢNH…………………………………… Lớp: XDD 53DH1…… 46 Đồ án môn học: Thiết kế Cầu cống Bảng 8.1: Giá trị momen hẫng trường hợp có xe mà người Momen TTGHSD Mg1 g1 × d h2 Giá trị TTGHCĐ Giá trị Đơn vị ………… γ DC × g1 × d h2 ………… kNm ………… γ DW × g × ( d h − blc ) ………… kNm Mg2 g × ( d h − blc ) Mlancan Plc × Llc ………… γDW × Plc × Llc ………… kNm MLL m × LL* × L2xe ………… m × γ LL × ( + IM ) × LL* × L2xe ………… kNm Mhẫng 1, 0∑ M sd ………… η ∑ M cd ………… kNm 2 2 dh: Là khoảng cách từ tim dầm dọc biên đến cuối phần hẫng Lxe: Chiều dài đoạn phân bố tải trọng bánh xe Llc: Khoảng cách từ ngàm tới tim đặt tải trọng lan can Bảng 8.2: Giá trị momen hẫng trường hợp có người mà xe Momen TTGHSD Giá trị TTGHCĐ Giá trị Đơn vị Mg1 g1d h2 ………… γ DC g1d h2 ………… kNm ………… γ DW g ( d h − blc ) ………… kNm ………… γDW PlcLlc ………… kNm ………… kNm ………… kNm Mg2 g ( d h − blc ) Mlancan PlcLlc MPL PL*d e2 ………… γ PL PL*d e2 Mhẫng 1, 0∑ M sd ………… η ∑ M cd 2 Trong hai trường hợp trên, ta lấy trường hợp có trị số lớn 8.2 Tính nội lực kê cạnh - Tính nội lực dải nằm hai dầm chủ rộng m theo phương dọc cầu (cùng chiều xe chạy) - Điều kiện: Khoảng cách dầm ngang lớn 1,5 lần khoảng cách dầm chủ hướng chịu lực theo phương ngang cầu Dải tương đương coi ngàm hai dầm chủ chịu toàn lực Nếu tỷ lệ nhỏ 1,5 phải xét mô hình cạnh - Sơ đồ tính: Bản kê hai cạnh dầm chủ (Bản kiểu dầm hai đầu ngàm) Sinh viên: VŨ VĂN CẢNH…………………………………… Lớp: XDD 53DH1…… 47 Đồ án môn học: Thiết kế Cầu cống Khoảng cách hai mép dầm: S = - Diện tích tiếp xúc bánh xe: Như tính mục 8.1.1 - Thông thường, mô hình dải ngàm đầu tính theo phương pháp gần với đường lối tính toán momen dương mặt cắt nhịp mô hình giản đơn kê gối khớp S /2 S/2 Hình 8.2: Mô hình quy đổi Trị số momen dương mặt cắt nhịp đầu ngàm xác định theo công thức: + M 0,5 L = 0,5M 0,5 L Trị số momen âm mặt cắt gối đầu ngàm xác định theo công thức: − M goi = −0,8M 0,5 L Với: M 0,5L momen hoạt tải gây mặt cắt nhịp giản đơn 8.2.1 Tính toán momen dương: 8.2.1.1 Tác dụng hoạt tải: - Chiều rộng làm việc dải tính momen dương [Bảng 4.6.2.1.3-1]: SW+ = 660 + 0,55S = 660 + 0,55×…………………………… = - Tải trọng phân bố bánh xe: LL′ = 72,5 = SW (0,51 + t s ) + …………………………………………………… = Tính cho m bề rộng nên: LL* = LL′ ×1 = …………………………………………………… = Sinh viên: VŨ VĂN CẢNH…………………………………… Lớp: XDD 53DH1…… 48 Đồ án môn học: Thiết kế Cầu cống - Sơ đồ xếp tải: 1800 510 + ts ĐAH ωLL S/4 S Hình 8.3 Sơ đồ xếp tải tính momen dương kê cạnh 8.2.1.2 Tác dụng tĩnh tải + Tĩnh tải mặt cầu g1: g1 = γC ×ts ×1 = ……………………………………………………… = + Tĩnh tải lớp phủ mặt cầu g2: Chiều dày Trọng lượng riêng (γ) Lớp bê tông asphalt t1 = 0,05 m γ1 = 24 kN/m3 Lớp bê tông bảo vệ t2 = 0,03 m γ1 = 22 kN/m3 Lớp phòng nước t3 = 0,02 m γ1 = 18 kN/m3 Lớp mui luyện t4 = 0,03 m γ1 = 23 kN/m3 g = ∑ γ i ti ×1 = 0, 05 × 24 × + 0, 03 × 22 ×1 + 0, 02 × 18 × + 0, 03 × 23 ×1 = 2,91kN / m 8.2.1.3 Nội lực chịu momen dương: Bảng 8.3: Giá trị momen dương nhịp kê cạnh Momen TTGHSD Giá trị TTGHCĐ Giá trị Đơn vị Mg1 g1S ………… γ DC g1S ………… kNm Mg2 g2 S ………… γ DW g S ………… kNm MLL m × LL* × ωLL ………… m × γ LL × ( + IM ) × LL* × ω LL ………… kNm M 0,5L 1, 0∑ M sd ………… η ∑ M cd ………… kNm với: ωLL diện tích phần đường ảnh hưởng momen tác dụng bánh xe tải thiết kế Sinh viên: VŨ VĂN CẢNH…………………………………… Lớp: XDD 53DH1…… 49 Đồ án môn học: Thiết kế Cầu cống - Momen mặt cắt nhịp dầm giản đơn tính theo TTGHSD xét tới hiệu ứng ngàm hai đầu bản: + ( SD ) 0( SD ) M 0,5 = 0,5M 0,5 L L = - Momen mặt cắt nhịp dầm giản đơn tính theo TTGHCĐ xét tới hiệu ứng ngàm hai đầu bản: + ( CD ) CD M 0,5 = 0,5M 0,5 L L = 8.2.2 Tính toán momen âm: 8.2.2.1 Tác dụng hoạt tải: - Chiều rộng làm việc dải tính momen âm [Bảng 4.6.2.1.3-1]: SW- = 1220 + 0,25S = 1220 + 0,25×………………………… = - Tải trọng phân bố bánh xe: LL′ = 72,5 = SW (0,51 + t s ) …………………………………………………… − = Tính cho m bề rộng nên: LL* = LL′ ×1 = …………………………………………………… = - Sơ đồ xếp tải: 1800 510 + ts ĐAH ωLL S/4 S Hình 8.4 Sơ đồ xếp tải tính momen âm kê cạnh 8.2.2.2 Tác dụng tĩnh tải Tương tự mục 8.2.1.2 8.2.2.3 Nội lực chịu momen âm Bảng 8.4: Giá trị momen âm vị trí gối kê cạnh Momen TTGHSD Giá trị TTGHCĐ Giá trị Đơn vị Sinh viên: VŨ VĂN CẢNH…………………………………… Lớp: XDD 53DH1…… 50 Đồ án môn học: Thiết kế Cầu cống ………… γ DC g1S ………… kNm g2 S ………… γ DW g S ………… kNm MLL m × LL* × ωLL ………… m × γ LL × ( + IM ) × LL* × ω LL ………… kNm M 0,5L 1, 0∑ M sd ………… η ∑ M cd ………… kNm Mg1 g1S Mg2 với: ωLL diện tích phần đường ảnh hưởng momen tác dụng bánh xe tải thiết kế - Momen mặt cắt gối tính theo TTGHSD xét tới hiệu ứng ngàm hai đầu bản: − ( SD ) 0( SD ) M goi = −0,8M 0,5 L = - Momen mặt cắt gối tính theo TTGHCĐ xét tới hiệu ứng ngàm hai đầu bản: − ( CD ) 0( CD ) M goi = −0,8M 0,5 = L Bảng 8.5: Bảng tổng hợp nội lực kê hai cạnh Nội lực TTGHCĐ I TTGHSD Đơn vị − M goi ………………… ………………… kNm + M 0,5L ………………… ………………… kNm Mhẫng ………………… ………………… kNm 8.3 Bố trí cốt thép cho mặt cầu Chiều cao mặt cắt: h = - Bề rộng mặt cắt: b = 1000 mm - Chiều dày lớp bê tông bảo vệ tra theo bảng [5.12.3.1] Chọn chiều dày lớp bê tông bảo vệ 50 mm - Giả thiết dùng N015, db = 16 mm, Ab = 200 mm2 8.3.1 Bố trí cốt thép phía mặt cầu theo phương ngang cầu: - Chiều cao làm việc tiết diện nhịp là: d = h – 50 – 16/2 = …………………………………………… = - Tiết diện thép tính theo công thức: As = Mu / ϕ fy ( j d) = ………………………………………………… = Sinh viên: VŨ VĂN CẢNH…………………………………… Lớp: XDD 53DH1…… 51 Đồ án môn học: Thiết kế Cầu cống + ( CD ) với: φ = 0,9; j ≈ 0,92, Mu = M 0,5 L = Như vậy, ta chọn khoảng cách thép bố trí phía mặt cầu là: @ 8.3.2 Bố trí cốt thép phía mặt cầu theo phương ngang cầu: - Lượng cốt thép chọn dựa vào momen uốn TTGHCĐI lấy giá trị lớn giá trị sau: ( CD ) M hang + Momen vị trí ngàm hẫng: = − ( CD ) + Momen vị trí gối kê cạnh: M goi = M m−ax = Như vậy, momen sử dụng để tính toán: - Tiết diện thép tính theo công thức: As = Mu / ϕ fy ( j d) = ………………………………………………… = − với: φ = 0,9; j ≈ 0,92, Mu = M max = Như vậy, ta chọn khoảng cách thép bố trí phía mặt cầu là: @ 8.4 Kiểm toán theo TTGHCĐ 8.4.1 Tính cho mặt cắt chịu momen dương lớn nhất: 8.4.1.1 Sức kháng uốn tính toán Theo [5.7.3.2.1], sức kháng uốn tính toán Mr phải tính sau: Mr = ϕMn Với: Mr sức kháng danh định, φ hệ số sức kháng, lấy 0,9 Sức kháng danh định Mr xác định đơn giản sau: a  ϕ M n = ϕ As f y  d − ÷ 2  với: a= As f y 0,85 f c′ b = Như vậy: = ………………………………………………………… = ϕM n Nhận thấy: ϕ M n > Mu → Đạt Sinh viên: VŨ VĂN CẢNH…………………………………… Lớp: XDD 53DH1…… 52 Đồ án môn học: Thiết kế Cầu cống 8.4.1.2 Lượng cốt thép tối đa: c a = = = < 0, 42 → Đạt d β1d 8.4.1.3 Lượng cốt thép tối thiểu: Đối với cấu kiện cốt thép dự ứng lực lượng cốt thép tối thiểu quy định thường thỏa mãn nếu: ρ= As f′ ≥ 0, 03 c bd fy Với tính chất vật liệu cho, diện tích nhỏ thép đơn vị chiều rộng là: As = 0, 03 f c′ bd fy = ………………………………………………… = → Đạt 8.4.2 Tính cho mặt cắt chịu momen âm lớn nhất: 8.4.2.1 Sức kháng uốn tính toán Ta có: a= As f y = 0,85 f c′ b Như vậy: a  ϕ M n = ϕ As f y  d − ÷ = ………………………………………………………… = 2  Nhận thấy: ϕ M n > Mu → Đạt 8.4.2.2 Lượng cốt thép tối đa: c a = = = < 0, 42 → Đạt d β1d 8.4.2.3 Lượng cốt thép tối thiểu: Diện tích nhỏ thép đơn vị chiều rộng là: As = 0, 03 f c′ bd fy = ………………………………………………… = → Đạt 8.5 Kiểm toán theo TTGHSD - Nứt kiểm tra cách giới hạn ứng suất kéo cốt thép tác dụng tải trọng sử dụng fs nhỏ ứng suất cho phép fsa [5.7.3.4] Sinh viên: VŨ VĂN CẢNH…………………………………… Lớp: XDD 53DH1…… 53 Đồ án môn học: Thiết kế Cầu cống f s ≤ f sa = Z ( dc A) 1/3 ≤ 0, f y đó: Z: Tham số chiều rộng vết nứt, chọn giá trị theo trường hợp điều kiện môi trường khắc nghiệt, Z = 230000 N/mmm = 230 kN/m dc: Chiều dày lớp bê tông bảo vệ tính từ thớ chịu kéo xa đến trọng tâm gần ≤ 50 mm A: Diện tích phần bê tông có trọng tâm với cốt thép chủ chịu kéo bao mặt mặt cắt ngang đường thẳng song song với trục trung hòa, chia cho số lượng (mm2) - Dùng trạng thái giới hạn sử dụng để xét vết nứt bê tông cốt thép thường [3.4.1] - Việc tính ứng suất kéo cốt thép tải trọng sử dụng dựa đặc trưng tiết diện nứt chuyển sang đàn hồi Dùng tỷ số modul đàn hồi n = Es/Ec để chuyển cốt thép sang bê tông tương đương: + Modul đàn hồi cốt thép là: Es = 200000 MPa + Modul đàn hồi bê tông Ec xác định theo công thức: Ec = 0, 043γ c1,5 f c′ = ……………………………………………… = Trong đó: γc = 2400 kg/m3: Tỷ trọng bê tông f c′ = 35 MPa: Cường độ chịu nén 28 ngày bê tông Như vậy, tỷ số modul đàn hồi: n = Es/Ec = ………………………… = Chọn n = 8.5.1 Kiểm tra nứt biên dưới: x As d′ As′ Hình 8.5: Tiết diện nứt chịu momen dương Sử dụng momen dương theo trạng thái giới hạn sử dụng vị trí nhịp kê cạnh Sinh viên: VŨ VĂN CẢNH…………………………………… Lớp: XDD 53DH1…… 54 Đồ án môn học: Thiết kế Cầu cống Tính đặc trưng tiết diện chuyển đổi cho mặt cắt rộng mm có hai lớp cốt thép trình bày hình 8.1 Cốt thép phía giả thiết nằm phía chịu kéo trục trung hòa Tổng momen tĩnh trục trung hòa, ta có: 0,5bx = nAs′ ( d ′ − x ) + nAs ( d − x ) hay: Giải ta được, x = ………, nhỏ d’, giả thiết Momen quán tính tiết diện nứt chuyển đổi là: bx 2 I cr = + nAs′ ( d ′ − x ) + nAs ( d − x ) = = ứng suất kéo cốt thép bằng:  M ( d − x)  fs = n   I cr   = ……………………………………………………… = Cốt thép chịu kéo cho momen dương dùng ……, khoảng cách tim đến tim …… mmm, đặt cách thớ chịu kéo xa …… mm Do đó: dc = A = …………………………………………………………… = và: f sa = Z ( dc A) 1/3 …………………………………………………… = = Kiểm tra điều kiện: f s ≤ f sa → Đạt 8.5.2 Kiểm tra nứt biên trên: As As′ x d′ Sinh viên: VŨ VĂN CẢNH…………………………………… Lớp: XDD 53DH1…… 55 Đồ án môn học: Thiết kế Cầu cống Hình 8.6: Tiết diện nứt chịu momen âm − SD Sử dụng momen âm theo trạng thái giới hạn sử dụng vị trí có M max( ) = Tính đặc trưng tiết diện chuyển đổi cho mặt cắt rộng mm có hai lớp cốt thép trình bày hình 8.2 Lần giả thiết x lớn d’, cốt thép đáy chịu nén Tổng momen tĩnh trục trung hòa, ta có: 0,5bx + ( n − 1) As′ ( x − d ′ ) = nAs ( d − x ) hay: Giải ta được, x = ………, lớn d ′ , giả thiết Momen quán tính tiết diện nứt chuyển đổi là: I cr = bx 2 + nAs′ ( x − d ′ ) + nAs ( d − x ) = = ứng suất kéo cốt thép chịu kéo bên bằng:  M ( d − x)  fs = n   I cr   = ……………………………………………………… = Cốt thép chịu kéo cho momen âm, dùng ……, khoảng cách tim đến tim …… mmm, đặt cách thớ chịu kéo xa …… mm Do đó: dc = A = …………………………………………………………… = và: f sa = Z ( dc A) 1/3 = …………………………………………………… = Kiểm tra điều kiện: f s ≤ f sa → Đạt Sinh viên: VŨ VĂN CẢNH…………………………………… Lớp: XDD 53DH1…… 56 [...]... trường hợp 1 làn thiết kế chịu tải được xác định theo quy tắc đòn bẩy Sinh viên: VŨ VĂN CẢNH…………………………………… Lớp: XDD 53DH1…… 14 Đồ án môn học: Thiết kế Cầu và cống - Giả thiết và sơ đồ tính toán của phương pháp đòn bẩy: Giả thiết độ cứng của liên kết nói chung với nhau là nhỏ so với độ cứng dầm dọc chủ, có thể giả thiết kết cấu ngang là dầm đơn giản hoặc dầm hẫng gối chốt lên các dầm dọc chủ và bị cắt rời... số xung kích 6.1.2.2 Tính toán nội lực do xe tải thiết kế và xe 2 trục thiết kế - Để tính nội lực do xe tải và xe 2 trục, ta xếp trực tiếp tải trọng lên đường ảnh hưởng theo sơ đồ bất lợi nhất và tính toán nội lực - Sơ đồ tính của dầm chủ là dầm giản đơn nên khoảng cách giữa các trục xe của xe tải thiết kế là 4,3 m - Công thức tính toán nội lực do xe tải và xe 2 trục thiết kế: M htc = g M ∑ Pi yiM ;... đường ảnh hưởng momen và lực cắt tại trục thứ i + M htc , M htt : Momen uốn tiêu chuẩn và momen uốn tính toán do hoạt tải HL93 Sinh viên: VŨ VĂN CẢNH…………………………………… Lớp: XDD 53DH1…… 23 Đồ án môn học: Thiết kế Cầu và cống tc tt + Vh ,Vh : Lực cắt tiêu chuẩn và lực cắt tính toán do hoạt tải HL93 a Tính momen tại các mặt cắt: - Tính momen tại mặt cắt cách gối 0,1L: 0,1L 0,9L Bảng 6.4: Bảng kết quả tính nội... hoạt tải tính toán M htt ………… kNm ………… kNm Tổng i i Sinh viên: VŨ VĂN CẢNH…………………………………… Lớp: XDD 53DH1…… 25 Đồ án môn học: Thiết kế Cầu và cống - Tính momen tại mặt cắt cách gối 0,3L: 0, 7L 0,3L Bảng 6.6: Bảng kết quả tính nội lực tại mặt cắt cách gối 0,3L Các đại lượng Vị trí đặt tải Tung độ đường ảnh hưởng Tải trọng trục Nội lực do tải trọng trục Xe tải thiết kế x1 x2 Xe 2 trục thiết kế x3 x4 x5 …………... hoạt tải tính toán M htt ………… kNm ………… kNm Tổng i i Sinh viên: VŨ VĂN CẢNH…………………………………… Lớp: XDD 53DH1…… 26 Đồ án môn học: Thiết kế Cầu và cống - Tính momen tại mặt cắt cách gối 0,4L: 0, 4L 0, 6L Bảng 6.7: Bảng kết quả tính nội lực tại mặt cắt cách gối 0,4L Các đại lượng Vị trí đặt tải Tung độ đường ảnh hưởng Tải trọng trục Nội lực do tải trọng trục Xe tải thiết kế x1 x2 Xe 2 trục thiết kế x3 x4 x5 …………... hoạt tải tính toán M htt ………… kNm ………… kNm Tổng i i Sinh viên: VŨ VĂN CẢNH…………………………………… Lớp: XDD 53DH1…… 27 Đồ án môn học: Thiết kế Cầu và cống - Tính momen tại mặt cắt cách gối 0,5L: 0,5L 0,5L Bảng 6.8: Bảng kết quả tính nội lực tại mặt cắt cách gối 0,5L Các đại lượng Vị trí đặt tải Tung độ đường ảnh hưởng Tải trọng trục Nội lực do tải trọng trục Xe tải thiết kế x1 x2 Xe 2 trục thiết kế x3 x4 x5 …………... M htc ………… kNm ………… kNm Do hoạt tải tính toán M htt ………… kNm ………… kNm Tổng i i Sinh viên: VŨ VĂN CẢNH…………………………………… Lớp: XDD 53DH1…… 28 Đồ án môn học: Thiết kế Cầu và cống b Tính lực cắt tại các mặt cắt - Tính lực cắt tại mặt cắt gối: L Bảng 6.9: Bảng kết quả tính nội lực tại mặt cắt tại gối Các đại lượng Xe tải thiết kế x1 Vị trí đặt tải x2 Xe 2 trục thiết kế x3 x4 x5 ………… ………… ………… ………… ………… Tung... Vh tt Do hoạt tải tính toán Vh Sinh viên: VŨ VĂN CẢNH…………………………………… Lớp: XDD 53DH1…… 29 Đồ án môn học: Thiết kế Cầu và cống - Tính lực cắt tại mặt cắt cách gối 0,1L: 0,1 0,9 0,9L 0,1L Bảng 6.10: Bảng kết quả tính nội lực tại mặt cắt cách gối 0,1L Các đại lượng Vị trí đặt tải Tung độ đường ảnh hưởng Tải trọng trục Nội lực do tải trọng trục Xe tải thiết kế x1 x2 Xe 2 trục thiết kế x3 x4 x5 ………… ………… …………... tải tính toán Vhtt ………… kNm ………… kNm Tổng i i Sinh viên: VŨ VĂN CẢNH…………………………………… Lớp: XDD 53DH1…… 30 Đồ án môn học: Thiết kế Cầu và cống - Tính lực cắt tại mặt cắt cách gối 0,2L: 0, 2 0,8 0,8L 0, 2L Bảng 6.11: Bảng kết quả tính nội lực tại mặt cắt cách gối 0,2L Các đại lượng Vị trí đặt tải Tung độ đường ảnh hưởng Tải trọng trục Nội lực do tải trọng trục Xe tải thiết kế x1 x2 Xe 2 trục thiết kế x3 x4... tải tính toán Vhtt ………… kNm ………… kNm Tổng i i Sinh viên: VŨ VĂN CẢNH…………………………………… Lớp: XDD 53DH1…… 31 Đồ án môn học: Thiết kế Cầu và cống - Tính lực cắt tại mặt cắt cách gối 0,3L: 0,3 0, 7 0, 7L 0,3L Bảng 6.12: Bảng kết quả tính nội lực tại mặt cắt cách gối 0,3L Các đại lượng Vị trí đặt tải Tung độ đường ảnh hưởng Tải trọng trục Nội lực do tải trọng trục Xe tải thiết kế x1 x2 Xe 2 trục thiết kế x3 x4 ... 53DH1…… 36 Đồ án môn học: Thiết kế Cầu cống Hình 6.2: Biểu đồ bao momen trạng thái giới hạn cường độ cho dầm Sinh viên: VŨ VĂN CẢNH…………………………………… Lớp: XDD 53DH1…… 37 Đồ án môn học: Thiết kế Cầu cống. .. XDD 53DH1…… 14 Đồ án môn học: Thiết kế Cầu cống - Giả thiết sơ đồ tính toán phương pháp đòn bẩy: Giả thiết độ cứng liên kết nói chung với nhỏ so với độ cứng dầm dọc chủ, giả thiết kết cấu ngang... NGANG GIỮA DẦM Đồ án môn học: Thiết kế Cầu cống Đồ án môn học: Thiết kế Cầu cống 2.4.2 Cấu tạo dầm ngang Đối với loại cầu dầm, kể giản đơn liên tục, hai đầu dầm thiết phải có dầm ngang để đảm bảo